Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Chimie minérale industrielle B. Chafik El Idrissi Laboratoire des matériaux ava

Chimie minérale industrielle B. Chafik El Idrissi Laboratoire des matériaux avancés et Génie des procédés Plan du cours 1ère partie Phosphates naturels 2ère partie Métallurgie extractive 1 Les phosphates Naturels (PN) 1) Phosphore Le phosphore (P) est un élément qui est largement distribué dans la nature. Il est considéré, avec l'azote (N) et le potassium (K), comme un constituant fondamental de la vie des plantes et des animaux puisqu'il entre dans la composition du noyau des cellules de tous les êtres vivants. 2 Cet élément nutritif est absorbé par les plantes dans la solution du sol en tant qu'anion orthophosphate monovalent (H2PO4 -) et divalent (HPO4 2-). La physico- chimie du phosphore dans la plupart des sols minéraux est assez complexe, ceci étant dû à l'existence de séries de réactions instantanées et simultanées telles que dissolution, précipitation, rétention et oxydation/réduction. 3 2) Gisements du phosphate 4 Définition: Le phosphate naturel (PN) est un terme général qui désigne le produit issu de l'exploitation et du traitement métallurgique ultérieur des minerais contenant du phosphore ou une concentration élevée de minéraux phosphatés. Il existe deux types de gisements du PN: 5 - Les gisements sédimentaires (Maroc, Chine, USA...) fournissent environ 90% de la production mondiale la formation des roches phosphatées se présentent sous la forme de phosphites sédimentaires d'origine marine. - Les gisements ignés (Russie, Canada et quelques pays d'Afrique) environ 10%. Ils sont d'origine volcanique. 6 3) Ressources naturelles Les minerais phosphatés présentent des caractéristiques et des compositions très variables mais l'apatite, de formule générale M10(YO4)6(X2), constitue l'important groupe de minéraux. Avec: M = Ca2+ (peut être substitué par: Na+, Sr2+, Mg2+, Mn2+, Sc2+) YO4 = PO4 3- peut être substitué par: CO3 2-, SO4 2-, CrO4 2-, VO4 3- X = F-, OH-, Cl- 7 Le minerai commercial typique de phosphore est un concentré calcio-phosphaté avec environ 35 à 38% de P2O5 et 3 à 4% de fluor. Les principales impuretés étant : · la silice, généralement sous la forme de grains de quartz; · les argiles ; · les phosphates d'aluminium ; · les oxydes et les hydroxydes de fer. On peut trouver aussi: U, Sr, Ba, Mg et Zn. 8 Composition chimique (exprimée en pourcentage) de concentrés phosphatés de diverses origines 9 Le minerai brut (Maroc), tel qu’il sort de la mine, se présente sous la forme d’un sable fin, verdâtre ou jaunâtre, assez compact. Il blanchit au séchage. Sa teneur faible en oxydes de fer et d’aluminium le fait particulièrement apprécier par les fabricants. Le phosphate est abattu, épierré puis subit une opération de criblage, pour le débarrasser des stériles qu’il contient. En suite le phosphate est brassé au contact d’un courant d’air chaud afin de réduire son pourcentage d’humidité de 15 % environ à < 2 %. 10 Une partie du tonnage extrait est calciné à 950° afin de décomposer le carbonate de chaux et les matières organiques. Le produit obtenu se prête mieux à certains traitements ultérieurs : industrie chimique, préparation des engrais complexes et composés. 11 4) Production et Réserves Le Maroc fournit à l’heure actuelle 22 % de la production mondiale de phosphates et se classe à ce titre au deuxième rang des pays producteurs, après la Chine. Sur le plan des exportations, il se classe en tête, alimentant à lui seul 34 % des marchés. En 2019 le Maroc a produit 36 millions de tonnes de phosphates. 12 Production annuelle par million de tonnes (2016) 13 Le chiffre d’affaires à l’export du groupe OCP a atteint 31 milliards de dirhams à fin juin 2021. Mais la forte demande sur le phosphate a fait que son prix a considérablement augmenté durant les derniers mois. Le prix du phosphate marocain est passé de 83.33 dollars la tonne en décembre 2020 à 147.5 dollars en décembre 2021. Ceci représente une hausse de 77% ! 14 Les réserves mondiales en PN sont estimées à 69 milliards de tonnes (Janvier 2016) dont 50 Milliards se trouvent au Maroc. 15 4/ Les applications industrielles Le caractère essentiel du phosphore pour toutes formes de vie, végétale, animale et humaine, permet de comprendre le développement actuel de l'industrie des phosphates et la diversité des produits phosphorés qu'elle génère. Ces composés peuvent être grossièrement rangés en trois classes qui diffèrent par leurs champs d'application, ainsi que par les normes de pureté auxquelles elles sont soumises. 16  Les engrais Les engrais constituent de loin la production principale des phosphates (90% du phosphate mondial).  Les applications techniques Les applications alimentaires 17 Principales applications des phosphates industriels Pourcentage Engrais 90 Détergents 4,5 Alimentation animale 3,3 Aliments et boissons 0,7 Traitement de surface 0,6 Traitement des eaux 0,25 Autres 0,63 18 4.1/ Les applications techniques Les produits les plus importants de cette famille sont les tripolyphosphates de sodium (TPP) pour leurs applications en détergence (Na5P3O10). On les appelle "builders" ou renforçateurs de lessive. Les ions phosphates améliorent la force nettoyante des produits en se combinant aux ions calcium Ca2+ ou aux ions magnésium Mg2+, qui se trouvent dans l'eau. 19 Ainsi, ils empêchent les ions calcium et (magnésium) de réagir avec le savon et de donner un précipité de carbonate de calcium (calcaire de savon) qui se déposerait sur les tiges de la machine à laver et sur le linge. Les ions phosphates réagissent aussi avec les ions métalliques comme, l'ion Al3+ ou l'ion Fe3+ qui peuvent être contenus dans la crasse mais également dans l'eau. Ainsi, la crasse est fracturée et peut être enlevée des fibres plus facilement. 20 4.3/ Les applications alimentaires Les phosphates pour des applications alimentaires recouvrent également un vaste domaine de produits : poudres levantes, charcuterie, salaisons, fromages, … Leur degré de pureté, notamment vis à vis de certains éléments (arsenic, fluor, métaux lourds), est très rigoureux. 21 En résumé, les phosphates se destinent essentiellement à la fabrication d'engrais. 22 Les Engrais 1) Définition L'engrais est une "substance minérale ou organique, naturelle ou synthétique, apportant un ou plusieurs nutriments aux plantes". Les fertilisants chimiques représentent les éléments nécessaires pour la croissance des plantes et l’industrialisation de l’agriculture 23 2) Généralités On peut distinguer les engrais simples, ne contenant qu'un seul élément nutritif, et les engrais composés, qui peuvent en contenir deux ou trois. L'appellation des engrais minéraux est normalisée, par la référence à leurs trois composants principaux : NPK. Les engrais simples peuvent être azotés, phosphatés ou potassiques. Les engrais binaires sont notés NP ou PK ou NK, les ternaires NPK. 24 Ces lettres sont le plus souvent suivies de chiffres, représentant la proportion respective de ces éléments. Les engrais chimiques produits industriellement contiennent une quantité minimale garantie d'éléments nutritifs, et elle est indiquée sur le sac. 25 Exemple: la formule 5-10-5 indique la proportion d'azote (N), de phosphore (P) et de potassium (K) présente dans l'engrais, soit 5 % de N, 10 % de P2O5 et 5 % de K2O. L'apport azoté est exprimé en N et il est apporté sous forme de nitrate NO3, d'ammoniaque NH4 ou d'urée (CH₄N₂O).  Le phosphore est exprimé sous la forme P2O5, mais est apporté sous forme de phosphates de calcium ou d'ammonium.  Le potassium est exprimé sous la forme K2O, mais est apporté par du chlorure, du nitrate et du sulfate de potassium. 26 3) LES DIFFERENTS TYPES D’ENGRAIS Quelque soit le type d’engrais, la ou les teneurs en éléments fertilisants répondent à une définition particulière liée à la nature de ce ou ces éléments : les teneurs des engrais indiquent respectivement des pourcentages massiques équivalents en N, P2O5 et K2O. On distingue alors les engrais simples (N,P,K) et les engrais composés (binaires : NP, NK, PK et ternaire : NPK). 27 De plus, il est usuel de trouver des éléments secondaires comme le magnésium et le calcium, dont les teneurs sont exprimées respectivement en MgO et CaO. 3-1 Les engrais azotés Dans l’industrie des engrais, l’azote de l’atmosphère est fixé chimiquement pour former l’ammoniac selon la réaction suivante : 28 L’ammoniac est ensuite combiné avec d’autres produits pour donner naissance à d’autres engrais azotés : 29 3-2. Les engrais phosphatés Les engrais phosphatés sont fabriqués à partir des roches phosphatées qui sont extraites de la terre. Les processus de fabrication aboutissent au superphosphate simple (15 à 18 % de P2O5) ou triple (46 % de P2O5) qui sont utilisés directement comme engrais phosphatés. 30 Ils sont aussi utilisés en combinaison avec d’autres sources d’azote ou de potassium pour fabriquer des engrais composés. 31 Diagramme simplifié de synthèse des engrais phosphatés 32 3.3. Les engrais potassiques La production mondiale d’engrais potassiques est d’environ 27 millions de tonnes par an. Ce sont essentiellement des sels ou mélanges de sels de potassium KCl et K2SO4. L'attaque du chlorure de potassium par l'acide sulfurique permet de fabriquer du Sulfate de potassium (K2SO4) fertilisant utilisé pour les cultures exigeantes en soufre ou sensibles à l'ion Chlore (Cl-). 33 3.4. Les engrais binaires et ternaires Ce sont des mélanges des différents types d'engrais (phosphatés, azotés et potassiques). 34 4) CALCUL DES FORMULES DES ENGRAIS uploads/Ingenierie_Lourd/ presentation-1 2 .pdf